成果简介
1．立项背景 1.1 矿井通风仿真系统尚存在许多理论和应用技术问题未解决
《矿井通风仿真系统及其应用研究》课题分为两个部分，一是研制一套矿井通风数值仿真系统；二是将仿真系统应用在矿井通风系统优化调节改造、新井优化设计、老井改扩建设计上。
1854年J.J.Atkinson在北英格兰采矿工程师学会发表的学术论文作为矿井通风仿真系统的数学模型雏形，到20世纪20年代在波兰学者H.Czeczott、S.Barczyk等人的推动下研究进入高潮，至50年代以Scott－Hinsley法的出现为标志，数学模型研究基本趋于成熟。代表国际领先水平的是波兰科学院的WENTGRAF系统，在全波70％的煤矿推广应用。
20世纪70年代以来，我国也进行了大量的类似研究，虽然也取得了一定的成果，但是并未得到真正的推广应用。究其原因：(1)在理论体系上，影响网络灵敏性、稳定性、可靠性的体系没有建立，缺少直观定量的评价方法和技术；(2)在算法和软件开发上尚有很多未被解决的问题,如WENTGRAF系统并不能模拟金川二矿区这样的采用多级机站通风方式，而且存在循环风的通风网络，因为在WENTGRAF系统中没有单向回路算法；(3)与现场实践的结合上一些应用技术尚不成熟，如仿真结论的可靠性不能得到验证。1.2 矿井通风安全问题的严重局面要求立项研究对全国525个统配煤矿中的907处风井统计，总需风量为3498915立方米/分，而实际供风量为4028680立方米/分，供大于求，同时又有48处矿井风量严重不足，有的矿井负压达4892Pa，风机喘振，配风困难等现象普遍，通风效率极其低下。金川有色金属公司二矿区尤为突出。在此背景下进行立项研究，对确保矿井安全生产，推动矿山行业技术进步具有极其重要的意义。
2．成果特点
1）实用性：可视化系统适合现场工程技术人员使用，无需掌握通风网络及计算机专门知识。在屏幕上操作矿井通风系统的各种变化方便自如，如：擦除巷道、新添巷道等，各种系统及参数改变后，通风状况的变化立刻显现；
2）理论创新性：用数值仿真技术，并配合角联结构分析、可靠性分析及风网特征图等技术手段，可以科学、准确地分析通风系统存在的问题，并找出解决问题的最优方案。3）理论计算和测试数据极其吻合。
3．发现、发明及创新点：
A. 在通风系统评价技术方面的创新有：
(1) 提出了网特征图的概念、性质、功能、用途、绘制算法。
(2) 提出了基于无向图的角联结构数学模型，给出了角联风路的广义定义。
(3) 提出了"通风网络"不是通风系统可靠性的计算网络，通风系统本身是网络，其可靠性计算网络是带有通风动力和构筑物的通风网络的"导出网络"。
(4)提出的网络极值流独立通路法在复杂度上比Dinic法少一个数量级。
B. 在通风网络算法改进方面的创新有：
(1) 采用人工智能理论中的深度优先和宽度优先搜索技术，解决了含有单向回路的网络拓扑关系算法。
(2) 解决了迭代法中的人工赋初值问题。
(3) 扇风机特性曲线5次拟合，较为真实地模拟了包括风流逆转在内的扇风机各种可能工况，避免了网络解算假收敛。
C. 提出了基于最小功耗的网络优化调节通路法。
D. 仿真系统的工业试验作为解决仿真结论是否可靠的技术途径，解决了推广应用的核心问题。
4 成果水平 经专家评审，该成果达到国内领先水平。
5 应用效果 利用MVSS系统制定的金川二矿区通风系统优化改造方案分为一期和二期工程两部分。一期工程已于2000年结束，二期工程于2002年10月也顺利完成。取得了比预期还要好得多的实施效果。一期改造实施仅2年，据不完全统计新增利税1.9681亿元。沈阳矿务局红菱煤矿由于矿井生产布局所至，矿井通风路线增加，部分巷道断面过小，调节位置和调节量不尽合理，导致北风井主扇工作风阻过大，出现风机喘振现象。2000年省煤管局已经批复了更改风机计划，原项目的目的是优化风机选型。通过对通风系统的全面测试，并利用MVSS进行仿真模拟分析，发现不需更改风机，只要拆除红菱矿北四采区322工作面回风道通北回风上山的-450底板回风道人为设置的两道风门，即可消除喘振问题。结合该矿的改扩建，又对全矿的通风系统进行了优化与改造，也取得了非常明显的经济效益。该成果目前已经在金川有色金属公司二矿区、平顶山十二矿、沈阳红菱矿、铁法小青、小康、晓明、大明一矿推广应用，并取得了很好的经济和社会效益。综上，该成果对提高矿井"一通三防"的管理决策水平，产业结构优化升级和行业技术跨越式进步具有积极的促进作用。
6 推广前景 该成果目前正在金川龙首矿、三矿区，大同四台矿，淮南潘三、潘一矿，阜新矿务局等地推广应用。
申报单位 名称 辽宁工程技术大学
通迅地址 辽宁省阜新市辽宁工程技术大学 邮政编码 123000
联系人 刘剑 电话（区号） 0418-3350472
电子信箱 liujian@mail.fxptt.ln.cn 传真（区号） 0418-2828772
成果完成单位 1．辽宁工程技术大学2．金川公司二矿区3．
成果类别 √新技
成果水平 国际领先 国际先进 √国内领先 国内先进
成果来源 国家计划 √省部计划 其 他
成果评价方式 √鉴 定 验 收 专 利 其 他